(57)【要約】  本発明は、既存構造物の弾性定数とねじり強度とを簡易に測定する携帯型ねじり試験器およびねじりを利用した弾性定数とねじり強度の試験方法に関する発明である。【課題】  現場において既存構造物の弾性定数と破壊定数をリアルタイムで測定できるようにすることにより、試験経費の削減と現場における最適な復旧と補修を可能とする。【解決手段】ハンドルを回転させることにより発生するトルクをコアに伝達するトルク伝達部と、該伝達部からのトルクが滑りなくコアに負荷されるようにコアを挟み込むグリッパーと、前記コアの上面に取り付けられ、該コアの中心から外側に突き出たアームを備えている変位指示器と、前記変位指示器が指示する変位を測定する変位計とから構成することにより，現場にねじり試験装置を設置することが可能であり，リアルタイムに弾性定数とねじり強度を測定することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドルを回転させることにより発生するトルクをコアに伝達するトルク伝達部と、該伝達部からのトルクが滑りなくコアに負荷されるようにコアを挟み込むグリッパーと、前記コアの上面に取り付けられ、該コアの中心から外側に突き出たアームを備えた変位指示器と、前記変位指示器が指示する変位を測定する変位計とからなることを特徴とするねじり試験器。
【請求項２】
請求項１のねじり試験器において、前記ハンドルから加えられるトルクをトルク計を介してコアを挟み込むグリッパーに伝達させる機構を更に備えたことを特徴とするねじり試験器。
【請求項３】
構造物に前記コアを成形する装置であって、同心円状に接合された外チューブと内チューブとからなり、前記外チューブと前記内チューブの端部に外端部円周に沿ってドリルビットが設けられたことを特徴とするコアドリルビット。
【請求項４】
前記外チューブの端部には、基材にダイヤモンドチップがロウ付けされた外歯が設けられ、前記内チューブの端部には、基材にダイヤモンドチップがロウ付けされた内歯とが設けられていることを特徴とする請求項３に記載のコアドリルビット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートやアスファルトコンクリートによる既存構造物の弾性定数とねじり強度とを簡易に測定する携帯型ねじり試験器およびねじりを利用した弾性定数、ねじり強度の試験方法に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
従来は、構造物の弾性定数を測定するには、現場の構造物から円柱状の試験体を採取し、採取した試験体を測定室まで搬送し、測定室の万能試験機によりその構造物の弾性定数や破壊強度を測定している。
【０００３】
ここで使用する万能試験機は、圧縮または引張試験により、構造物の弾性定数や破壊強度を測定するものであり、使用する試験体は、円柱状コア（φ１００mm）である。このコアを用いて圧縮強度の測定を行うには４００ｋｇｆ／ｃｍ2を供試体に載荷する必要がある。また、引張試験により破壊強度を測定するには、３０ｋｇｆ／ｃｍ２を載荷する必要がある。かかる荷重の載荷には、油圧等の外部動力が必要である。
【０００４】
また、これまでの試験方法により、正確に弾性定数や破壊強度を知るには、採取コアの載荷面を平滑化することや、コアの底面と上面を平滑化する等の成型加工が必要であった。このことは、従来の測定器を用いた方法により既存構造物の正確な弾性定数や破壊強度を知るには、構造物の複数の箇所からコアを採取する必要があり、また採取するコアが円柱状のコア（φ１００mm）と大きいことから、構造物に大きな採取跡が残ってしまうとともに、リアルタイムで構造物の弾性定数等を測定できないという問題があった。また、このことは現場の状況に応じて最適な復旧活動がその場できないとう問題があった。
【０００５】
更に、コアが大きいことから輸送コストがかかるとともに、高価で大きな万能試験器を用いなければ試験ができないため、構造物の診断にコストがかかるという問題があった。
【０００６】
標準より小さい径のコアを採取して圧縮強度を測定する方法として、コンクリート構造体から直径１５mmから３０mmの小径柱状体を複数採取し、その小径柱状体をコアの圧縮試験の平均値から構造物の弾性定数や破壊強度を推定する技術が提案されている（特許文献１）。しかし、この技術においても採取した柱状体は、従来の万能試験機を使っての圧縮試験によらなければならず、現場においてリアルタイムに構造物の弾性定数や破壊強度を測定することができなという問題がある。
【特許文献１】特許題３０６７０１６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の課題は、現場において既存構造物の弾性定数と破壊定数をリアルタイムで測定できるようにすることにより、試験経費の削減と現場における最適な復旧及び補修を可能とする装置及び試験方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ハンドルを回転させることにより発生するトルクをコアに伝達するトルク伝達部と、該伝達部からのトルクが滑りなくコアに負荷されるようにコアを挟み込むグリッパーと、前記コアの上面に取り付けられ、該コアの中心から外側に突き出たアームを備えた変位指示器と、前記変位指示器が指示する変位を測定する変位計とからなる。
【０００９】
本発明のねじり試験は、前記ハンドルから加えられるトルクをトルク計を介してコアを挟み込むグリッパーに伝達させる機構を更に備えている。
【００１０】
本発明は、構造物に前記コアを成形する装置であって、同心円状に接合された外チューブと内チューブとからなり、前記外チューブと前記内チューブの端部には外端部円周に沿ってドリルビットが設けられている供試体ドリルビットである。この供試体ドリルビットによれば、一度の穿孔作業によりねじり試験に必要なコア長とねじり試験機がコアを挟む長さ（グリップ長）とを同時に確保することができる。
【００１１】
前記外チューブの端部には、基材にダイヤモンドチップがロウ付けされた外歯が設けられ、前記内チューブの端部には、基材にダイヤモンドチップがロウ付けされた内歯とが設けられている。ダイヤモンドチップが取り付けられていることにより、構造物から容易にコアを成形することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のねじり試験器によれば、現場においてリアルタイムで構造物の弾性定数と破壊強度とを簡易に測定することができ、これにより試験経費を大幅に低減したり、現場において適切な復旧及び補修作業を行ったりすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図面に基づき本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１に，ねじり試験を実施するための装置概要を示す。本試験装置の主な構成要素は，ねじりトルクを載荷するためのハンドル１と，ねじりトルクを検出するためのトルク計２と，トルクを下部の構成要素に伝達させるアタッチメント３と，測定対象物に円柱状に形成されたコア５と，コア５に直に接触してねじりトルクを載荷させるグリッパー４と，コア５の上面端部に設置されたねじり角を変位に変換する変位指示器６と，変位指示器６が指示する変位を検出する変位計７とからなる。
【００１４】
図２は現場において本ねじり装置を用いたねじり試験ができるように、各要素を連結させた様子を示したものであり、具体的には次のように連結されている。すなわち、コア５の上面に変位指示器６が設置されており，この変位指示器６が指示する変位を正確に検出できるような適切な位置に変位計７が設置されており、コア５を挟む際にはグリッパー４の下端部側からコア５を挟むが、上端部側にはアタッチメント３を設置する。アタッチメント３の上部は六角ナットで構成されているので、トルク計２を介してハンドル１と連結することが可能である。このようにしてコア５からハンドル１は連結されているので、ハンドル１を回転させることによってコア５にねじりトルクを付与することが可能であり、その際のトルクをトルク計２で検出すると同時に、変位指示器６により指示された変位を変位計６で検出することによりコアの回転角を測定することができる。
【００１５】
図３(a)はアタッチメント３を示したものであり、ハンドル１で付与するねじりトルクに対して十分な強度を持っており破断や変形を生ずることなくグリッパー４を介してコア５にトルクを効率よく伝達できるようになっている。また、図３(b)の下面図にも示すように位置決め溝８を備えた構造となっているが、これは図４に示すグリッパー４の上端部９に沿わせることができるようになっている。アタッチメント３とグリッパー４とを連結する際には位置決め溝８を上端部９に沿わることによって、アタッチメント３とグリッパー４とがずれることなく連結させることができる。
【００１６】
図４はグリッパー４を下部のカット図と共に示したものであり、締込ナット１０とコアと直に接する面にはダイヤモンドチップを用いた溶着処理面１１とをもつ構造になっている。グリッパー４の役割は、ハンドル１により付与されたねじりトルクを確実にコア５に伝達することであり、そのためにはトルクを載荷した際にグリッパー４とコア５が滑らないようにする必要があるので、コア５を挟み込んだ後締込ナット１０を確実に締めることでダイヤモンドチップを用いた溶着処理面１１が確実にコアと接触するようにする。
【００１７】
図５は本ねじり装置の設置が容易となるコアを形成することができるコアドリルビットを示したものであり、このコアドリルビットは円筒形の外チューブ１２と，前記外チューブの外端部にダイヤモンドチップが取り付けられた外歯１３と，前記外チューブと同心円に入れ子状に配置された円筒形の内チューブ１４と，前記内チューブの外端部にダイヤモンドチップが取り付けられた内歯１５とからなる。
【００１８】
図１と図２に示したコア５はコア単体の状態で示しているが、既存構造物にコアを形成すると断面は図６に示すようにコア５と測定対象物１６からなる形状となる。このとき、図５に示すコアドリルビットを用いれば中間層１７が形成されるので、これを取り除くことによりコアの周囲の断面は図７に示す形状となり、コアの周囲の間隙を広くすることができる。
【００１９】
図８はコアの周囲の間隙を広げた際にグリッパー４を設置した様子を示すが、グリッパーの先端が間隙の広さが変化している部分２１に接触して止まっており、グリップ長１９が制限されていることを示しており、この状態で締込ナット１０を締め、グリッパー４がコア５を確実に挟み込むようにする。
【実施例１】
【００２０】
本ねじり試験は，既存構造物の弾性定数と破壊強度を測定するものであるから測定対象物に予め円柱状のコアを形成する必要があり，このコアを形成するために図５に示したコアドリルビットを用いる。このコアドリルビットは円筒形の外チューブ１２と，前記外チューブの外端部にダイヤモンドチップが取り付けられた外歯１３と，前記外チューブと同心円に入れ子状に配置された円筒形の内チューブ１４と，前記内チューブの外端部にダイヤモンドチップが取り付けられた内歯１５とからなる。
【００２１】
前記コアドリルビットによって穿孔すると測定対象面は図６に示すように，測定対象物１６と，中間層１７と，コア５とからなる断面形になる。つづいて前記中間層１７を取り除くと図７に示すように，コア長さ１８のコアの周囲には，グリップ長１９と，非グリップ長２０とからなる階段状の間隙が形成される。
【００２２】
前記階段状の間隙に図８に示すようにグリッパー４を挿入し，図８に示す間隙の広さが変化している部分２１の位置に前記グリッパーの先端を接触させた後，図４(a)および図４(b)に示すグリッパーの端部９に図３に示すアタッチメントの位置決め溝８を沿わせて両者を連結させる。そしてグリッパーがすべることなくコアにトルクを伝達できるようにするため図４(a)に示すナット１０をレンチなどの適切な工具で締め込む。なお，図４(a)に示すようにグリッパーとコアが接触する面には滑り止めを目的としてダイヤモンドチップを用いた溶着処理面１１が設けられている。
【００２３】
グリッパーがすべることなくコアにトルクを伝達できるようにした後，コアの上端面に変位指示器６を取り付け変位計７を適切な位置に設置し，最終的に図２に示すようにハンドル１と，トルク計２と，アタッチメント３と，グリッパー４と，コア５と，変位指示器６とを連結し，レーザー変位計７を適切に配置することによってねじり試験器によるねじり試験の設置準備を完了する。
【００２４】
設置準備が完了した後，ハンドル１を手で持ち，ボルトやナットにトルクを付与する要領でコア５にトルクを載荷するが，このときコアに載荷するトルクはコアの弾性限度内に止めるようにする。
【００２５】
上記の要領で載荷を行うと，トルクと，トルクによってコアが回転する際に生じる変位を，それぞれとトルク計２と，変位計７により検出することができる。本試験装置はこれらの値をリアルタイムで記録することができ，既知の方法に従って所定の値を上記の変位に乗ずることによってねじり率を算出し，図９に示すようにねじり率を横軸にとり，トルクを縦軸にとることで，ねじり率とトルクの関係をプロットする。このとき，ねじり率とトルクとの関係を最小二乗法などによって近似直線２２を得て，さらにその傾き２３をその場で求める。
【００２６】
直線の傾き２３は既知の方法によってせん断弾性定数に変換することができる。また，計測対象物が等方性であると仮定し，ポアソン比を適切な値に設定すると既知の方法によって縦弾性定数を求めることができる。また，既往の試験方法によって求めた縦弾性定数と，本ねじり試験によって求めたせん断弾性定数とから，計測対象物が等方性であると仮定すれば，既知の方法によってポアソン比を求めることができる。
【００２７】
図１０は同一の測定対象物に対して，ポアソン比を０．２に設定し本ねじり試験により求めた縦弾性定数と，従来の方法により求めたものとを比較した例である。ここでは，前記非グリップ長２０を
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とし，前記グリップ長１９を
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とし，比
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をとったものを横軸とし，縦軸を縦弾性定数としたものとなっている。比
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は，前記グリップ長（グリッパーがコアをつかむ長さ）で前記非グリップ長を除したパラメーターであり，この比が大きいほどグリップ長が小さいことを意味している。すなわち図１０は，比
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が大きいほどグリッパーによりコアをつかむ長さが相対的に小さい状態で前記ハンドル１によりトルクを付与しねじり試験を行ったことを示しており，比
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＞３程度の条件で求めた縦弾性定数は，従来の方法で求めた縦弾性定数の値であることを示す直線２４に漸近していることがわかる。
【００２８】
次に比
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＝３に固定し，ポアソン比を０．２に設定し１０個のコアに対してねじり試験を行って縦弾性定数を求めた例を図１１に示す。直線２５は従来の方法によって求めた縦弾性定数であるが，ねじり試験により求めたものとほぼ同じ値となっている。  
【００２９】
図１２は時間の経過に伴ってコアに付与するトルクを増大させている実測例を示したものであり，ピーク値２６を示したときのねじりトルクからねじり強度を測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明のねじり試験器によれば、現場においてリアルタイムで構造物の弾性定数とねじり強度とを簡易に測定することができることから、試験経費を大幅に低減したり、現場において適切は復旧及び補修作業を行ったりすることに利用できる可能性がある。
【符号の説明】
【００３１】
１    ハンドル
２    トルク計
３    アタッチメント
４    グリッパー
５    コア
６    変位指示器
７    変位計
８    位置決め溝
９    グリッパー上端部
１０  締込ナット
１１  ダイヤモンドチップを用いた溶着処理面
１２  外チューブ
１３  外歯
１４  内チューブ
１５  内歯
１６  測定対象物
１７  中間層
１８  コア長
１９  グリップ長
２０  非グリップ長
２１  間隙の広さが変化している部分
２２  近似直線
２３  近似直線の傾き
２４  従来法により求めた縦弾性定数
２５  従来法により求めた縦弾性定数
２６  ねじり強度ピーク値
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のねじり試験器の分解構成図
【図２】本発明のねじり試験器の連結構成図
【図３】本発明のアタッチメントの詳細図
【図４】本発明のグリッパーの詳細図
【図５】本発明のコアドリルビット
【図６】本発明のコアドリルビットにより測定対象物を穿孔したときのコアの断面図
【図７】本発明のコアドリルにより測定対象物を穿孔した際に生成された中間層を取り除いたときのコアの断面図
【図８】本発明のグリッパーによりコアをつかんでいるときの断面図
【図９】本発明のねじり試験器により検出されたねじり率とねじりトルクの関係図
【図１０】本発明のグリッパーによるグリップ長を変化させた時の縦弾性定数の値を示した図
【図１１】本発明のグリッパーによるグリップ長を固定したときの縦弾性定数の値を示した図
【図１２】本発明のねじり試験器によりねじり強度を測定したときの図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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